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Rapport de Pfe

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Projet de fin dtudes FSB 2012/2013

Chapitre1: Etude de systme olien1.1 PrsentationUne olienne est un dispositif qui permet de capter lnergie cintique du vent pour la transformer en lectricit. On parle darognrateur.Le vent fait tourner les pales du rotor, qui est reli une gnratrice pour produire de llectricit. Celle-ci est stocke dans des batteries, soit directement envoye sur le rseau lectrique.1.2 Les catgories des oliennes:Gnralement les oliennes sont devises en 4 catgories : La grande olienne: puissance > 350 kW La moyenne olienne: puissance entre 36 kW et 350 kW La petite olienne: puissance entre 1 kW et 36 kW La trs petite olienne: puissance < 1 kW

Les petites et moyennes oliennes sont particulirement bien adaptes pour lquipement des particuliers, des exploitants agricoles, des entreprises et des btiments publics.1.3 Caractristiques des oliennes: La puissance lectrique dune olienne:La puissance lectrique dune olienne sexprime en Watt, kilowatt (kW) ou Mgawatt (MW). Elle dfinit la quantit dnergie lectrique instantane que lolienne produise vitesse nominale. Lnergie produite par une olienne: La quantit totale dnergie lectrique produite par une olienne sur une priode donne est gnralement exprime en kilowatt heures (kWh), c'est--dire la puissance de production multiplie par la dure de production.Par exemple, une olienne de 5 kW qui tournerait vitesse nominale pendant 1000 heures produirait 5000 kWh. La consommation dlectricit: De manire symtrique la consommation dnergie lectrique est le produit de la puissance consomme par les appareils lectriques multiplie par leur dure dutilisation.Par exemple, une ampoule lectrique de 100 W allume pendant 2 heures par jour, consomme sur une anne 100*2*365 soit 73 kWh.

La taille dune olienne: Il existe des oliennes de plusieurs tailles. Plus elles sont grandes, plus elles peuvent capter lnergie cintique du vent et produire de llectricit.Les trs petites oliennes pour bateaux font moins de 60 cm pour une puissance de quelques centaines de Watts. A loppos, les grandes oliennes industrielles de plusieurs MW dpassent les 80 m de diamtre. Les petites et moyennes oliennes correspondent des tailles comprises entre 3 et 30 m. Fonctionnement: Une olienne permet de transformer l'nergie cintique du vent en nergie lectrique. Elle se compose dlments suivants: Un mt permet de placer le rotor une hauteur suffisante pour permettre son mouvement (ncessaire pour les oliennes axe horizontal) et/ou placer ce rotor une hauteur lui permettant d'tre entran par un vent plus fort et rgulier qu'au niveau du sol. Le mt abrite gnralement une partie des composants lectriques et lectroniques (modulateur, commande, multiplicateur, gnrateur, etc.). Un rotor, compos de plusieurs pales (en gnral trois) et du nez de l'olienne. Le rotor est entran par l'nergie du vent, il peut tre coupl directement ou indirectement une pompe (cas des oliennes de pompage) ou plus gnralement un gnrateur lectrique. Le rotor est reli la nacelle par le moyeu. Une nacelle monte au sommet du mt, abritant les composants mcaniques, pneumatiques, certains composants lectriques et lectroniques, ncessaires au fonctionnement de la machine. Dans le cas des oliennes produisant de l'lectricit, un poste de livraison situ proximit du parc olien permet de relier ce parc au rseau lectrique pour y injecter l'intgralit de l'nergie produite par ce mat lectromagntique.

Figure [1.3]: Les composants dune olienne1.4 Avantages et inconvnients de lnergie olienne: Avantages: Lnergie olienne est une nergie renouvelable qui peut tre juge idale parce que: il sagit dune forme dnergie indfiniment durable et propre; elle ne ncessite aucun carburant; elle ne produit pas de dchets toxiques ou radioactifs car une olienne est entirement en mtal et plastique. lorsque de grands parcs doliennes sont installs sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol environ est requis pour les oliennes. La surface restante est disponible pour lexploitation agricole, llevage et dautres utilisations; les propritaires fonciers reoivent souvent un paiement pour lutilisation de leur terrain, ce qui augmente leur revenu ainsi que la valeur du terrain. la proprit des arognrateurs par des particuliers et la communaut permet aux gens de participer directement la conservation de notre environnement. La prsence dolienne montre le souci environnemental de ces personnes; Inconvnients: les riverains craignent gnralement une dgradation de laspect visuel des sites concerns; les riverains dplorent le bruit des oliennes, et craignent un impact sur lcosystme induit par ce bruit associ aux interfrences lectromagntiques induites par leurs gnrateurs. Le bruit peut tre dorigine mcanique ou arodynamique. Les oliennes installes actuellement produisent un bruit de 55 dcibels leur pied; la rception des ondes hertziennes peut tre perturbe, ce qui provoque une image bruite sur les rcepteurs de tlvision analogique. des flashs trs puissants sont mis toutes les cinq secondes en haut des mts doliennes la demande de laviation civile. Ces flashs perturbent la quitude nocturne de la campagne et sont une pollution lumineuse supplmentaire; les oliennes peuvent constituer pour la migration des oiseaux un obstacle mortel. les parcs oliens produisent des interfrences avec les radars, en particulier avec les radars mtorologiques. par son principe de fonctionnement mme, une olienne absorbe lnergie du vent et le rend turbulent, crant ainsi un effet de sillage jusqu 10 diamtres de rotor derrire elle. Les oliennes menacent la scurit des riverains: chute, bris de pales, blocs de glaces, incendie. elle ne cr pas ou peu demploi; Conclusion:Dans cette partie on a fait une prsentation de deux systmes photovoltaque et olien, ainsi que leurs principes de fonctionnement. On a dcrit ses diffrentes caractristiques thoriques, techniques, lectriques et mcaniques et on a prsent les modles utiliss qui sont rgis avec des quations et des paramtres appropris chacun permettant de faire la simulation des volutions dynamiques et de calculer les performances de ces systmes.Pour avoir une ide sur les perspectives dun systme on a cit ses avantages et ses inconvnients.

2.1 Donnes et caractristiques techniques dun Systme olien:Un systme olien peut tre autonome ou connect au rseau. Pour viter le cot de stockage, linjection au rseau est la meilleure solution gnralement utilise surtout en olien.

Figure[3.3]: Schma de principe dune installation olienne raccord au rseau 2.2 Choix doliennes:Type dolienne:Sur le plan arodynamique, on peut comparer les diffrents types des turbines en comparant leurs coefficients arodynamiques de puissance ou de couple en fonction de la vitesse normalise .Les oliennes gnralement utilises pour la production dnergie lectrique sont les oliennes rapides deux ou trois pales et ceci pour plusieurs raisons: Elles sont plus lgres, donc moins chres Elles tournent plus vite. Le multiplicateur de vitesse utiliser pour lentrainement du gnrateur lectrique pourra de ce fait, prsenter un rapport de multiplication plus faible et sera plus lger. Le couple ncessaire pour la mise en route dun gnrateur lectrique est trs faible. Bien que le couple de dmarrage des oliennes rapides soit lui-mme faible, il est suffisant pour entrainer hlice et gnrateur en rotation. Les machines employes sont pales fixes ou orientables.Type de la gnratrice:Une olienne peut tre construite avec une gnratrice synchrone ou asynchrone raccorde au rseau sous plusieurs formes, directement ou indirectement. Gnratrice asynchrone:Les machines lectriques asynchrones sont les plus simples fabriquer et les moins coteuses. Elles ont lavantage dtre standardises, fabriques en grande quantit et dans une trs grande chelle des puissances. Elles sont aussi les moins exigeantes en termes dentretien et prsentent un taux de dfaillance trs peu lev.Dans les grandes installations on utilise soit des alternateurs soit des gnratrices asynchrones.La facilit daccrochage de la gnratrice asynchrone sur le rseau, sa robustesse, labsence de contact tournant lui confrent des avantages apprciables. On peut coupler la machine avec un cart important par apport la vitesse de synchronisme.Linconvnient de la gnratrice asynchrone rside dans le fait quelle absorbe de la puissance ractive. Si la puissance dbite par lolienne est importante, il est ncessaire damliorer le cos de linstallation par lemploi de batterie de condensateurs ou dun groupe synchrone. Gnratrices Synchrones: Les gnrateurs synchrones utiliss dans le domaine olien, ceux de 500 kW 2 MW sont bien plus chers que les gnrateurs induction de la mme taille. De plus, lorsque ce type des machines est directement connect au rseau, sa vitesse de rotation est fixe et proportionnelle la frquence du rseau.En consquence de cette grande rigidit de la connexion gnratrice - rseau, les fluctuations du couple capt par laroturbine se propagent sur tout le train de puissance, jusqu la puissance lectrique produite. Cest pourquoi les machines synchrones ne sont pas utilises dans les arognrateurs directement connects au rseau. Elles sont par contre utilises lorsquelles sont connectes au rseau par lintermdiaire des convertisseurs de puissance.Dans cette configuration, la frquence du rseau et la vitesse de rotation de la machine sont dcouples. Cette vitesse peut par consquent varier de sorte optimiser le rendement arodynamique de lolienne et amortir les fluctuations du couple dans le train de puissance.2.4 Systme olien:Une olienne se modlise principalement partir de ces caractristiques arodynamique, mcanique et lectrotechnique.Dans notre tude on sintresse lolienne axe horizontal qui est une hlice perpendiculaire au vent et qui est la plus utilise dans le monde. La hauteur est gnralement de 20m pour les